单片机部分 答辩稿Word格式文档下载.docx
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{
中断0优先级1
定时器0优先级2
中断1优先级3
定时器1优先级4
串口中断优先级5
定时器2优先级6
}
一个可编程串口
低功耗的闲置和掉电模式
1.2STC12C5A60S2单片机
STC12C5A60S2单片机作为控制核心,其内部组成包括:
一个8位的微处理器CPU及片内振荡器和时钟产生电路,但石英晶体和微调电容需要外接;
片内数据存储器RAM低1024字节,存放读/写数据;
高128字节被特殊功能寄存器占用;
片内程序存储器60KBROM,并且有4K字节的E2R,四个8位并行I/O(输入/输出)接口P3-P0,每个口可以用作输入端,也可以用来作输出端;
两个定时/计数器,每个定时/计数器都可以设置成计数方式也可以设置成定时方式,用作计数器时主要对外部事件进行计数,定时/计数器可以根据计数或定时的结果实现计算机控制;
8个中断源的中断控制系统;
一个全双工UART(通用异步接收发送器)的串行I/O口,该芯片为增强型的51系列芯片,引脚与传统51芯片完全兼容,运算速度为传统51芯片的12倍。
8个中断源
串口中断优先级5
中断2优先级7
中断3优先级8
1.3晶振电路(所有型号都通用,以51单片机为例)
晶振电路如图1所示,单片机的X1与X2引脚为晶振接口,由YA、CA1、CA2构成晶振电路,该晶振电路可以产生12MHZ的正弦波,两端的电容为负载电容,也就是能协助晶振震荡的电容,同时可以起到滤波的作用,这个波形是单片机的动力源泉,有了这个脉冲单片机才可以正常工作,并且按照这个时钟的节奏工作,在12MHZ晶振下单片机的机器周期为晶振周期的12倍,晶振的周期为1/12us,则单片机的机器周期为1us。
如果换成24MHZ的晶振,机器周期是0.5us。
注意:
如果是12系列单片机,他是1T系列单片机,也就是说如果晶振是12M则机器周期为1/12us,也就是说机器周期与晶振周期相同,但是运行速度并不是普通51的12倍,有些指令是12倍,有些是8倍不等。
图1单片机最小系统图
1.4复位电路(所有型号都通用,以51单片机为例)
如图1中SFW、CA3、RA1组成单片机的复位电路,此电路的作用是在单片机上电瞬间,给单片机留有足够的空间将寄存器值复位。
工作原理如下:
RESET引脚为的复位引脚,接入高电平后进入复位状态,所有寄存器清空,当此引脚为低电平时单片机开始正常工作,图中RA1为CA3进行充电,RA1为充电的限流电阻,刚上电的瞬间,由于电容没有任何电荷,所以电动势为0,RESET端的电压为1,此时在复位状态,单片机开始初始化自己的寄存器,然后当电容两端的电压充满到接近5V时(实际为3.6V开始停止复位),单片机开始进入正常工作状态,如果按下SFW则进行手动复位。
1.5单片机有特殊意义的I/O口
单片机的所有I/O都可以作为普通的输入输出口使用。
1、特殊I/O口:
P0口开漏模式输出,无驱动能力,只有接上拉电阻后才有驱动能力上拉电阻就是一端接单片机的I/O口一端接电源电压,把电阻接到电源正极是上拉,接到GND是下拉,一般都使用上拉方式,增强驱动能力。
P3口
P3.0P3.1串行通信口及下载口或者与上位机电脑的通信口。
P3.2P3.3中断0与中断1引脚。
P3.4P3.5计数器0与计数器1引脚。
P3.6P3.7可以连接外部外扩的RAM储存器(作为了解)。
注意1:
(没用的部分不用看)
STC12C/LE5A60S2与STC12C/LE5616AD系列单片机
P1.0~P1.7可以配置为ADC转换口
P1.3P1.4可以配置为PWM输出口
P1.2P1.3可以配置为第二个串口(只有STC12C/LE5A60S2有这个功能)
12系列单片机的I/O口可以配置,也就是说可以配置为高阻、上拉、推挽、开漏。
注意2:
有些使用89系列单片机的同学,有板子上用到P4.5的同学需要在下载程序时做如图选择,如果不选这个口不能作为I/O使用
2三极管与二极管
2.1三极管
三极管从名称上来看,他有三个引脚,这三个引脚分别为B、C、E,分别对应的名称为基极、集电极、发射极,而三极管又分为两大类别,一种为NPN型一种为PNP型,两种三极管的标号如下图所示。
b
e
c
图中上图为NPN型三极管,下图为PNP型三极管,而有箭头的一端为发射极,发射极所指出的方向为电流方向,而对与三极管来说有三个状态,放大、截止、饱和,而我们设计电路图中一般使用三极管作为电流驱动管,所以需要将基极接一个电阻到单片机的I/O口,然后使三极管处于放大状态,对于NPN型三极管,基极输入高电平也就是be大于0,bc小于0,则导通,反之基极输入低电平则截止,而常用的NPN型三极管有8050、9013,相对来说8050的驱动能力较强,
而对于PNP型三极管的导通条件为,be小于0,bc大于0,常用的PNP型三极管为8550、9012,PNP型三极管的驱动能力要高于NPN型三极管。
2.2二极管
二极管从名称上来看,有两个引脚,二极管的主要特征是具有单向导通性,其结构如下图所示,途中所示的标号为二极管,这种管子的特性是,只能使电流从一方流向另一方,而不能逆行,也就是说,电流只能够从D+到D-,而不能从D-到D+,这种特性使得我们可以使用它作为电源输入部分的防反接保护器件,我们的输入电源的正电压接到D+,然后电源从D-输出,如果我们将电源接反,则电流不会流过,保护了其他器件,但是有一个缺点,就是内部具有PN结,会消耗0.7V的压降在这个三极管上,也就是输入电压U输出电压为U-0.7,这部分电压被留在了二极管的两端。
3电容电阻电感
3.1电容
电容:
是一个储能的元件,他能将流经他两端的电压进行吸收,并在两端电压低于他本身电压的情况将其释放,而利用这一特点可以将电容应用在非常多的领域,并且电容主要有两种接法,串联与并联,串联是像三极管一样,将其串入电路中,而并联则是将其连接在电源或者输出电路的两端。
(1)、电容并联
例如:
晶振电路的谐振电容,与晶振一起构成一个时钟发生器,能够产生正弦波,并且通过调节负载电容值可以微调频率值。
电源滤波电路,主要应用在电源与信号去干扰的场所,这种方式一般用并联在电源的两端。
对于电容并联的使用在电路图中也就有这两种,而且比较常用。
(2)、电容串联
电容具有同交流隔直流的作用,所以在一些信号处理电路中,电容串联被广泛应用。
麦克风放大电路,麦克风需要直流偏执电压才能正常工作,而我们不需要这个偏执直流,需要在直流电压输出端提取交流信号,则需要串联一个电容,则将直流电压隔离开。
3.2电阻
电阻:
阻碍电流的流通,并不是完全阻塞,而是相当于在道路上加了一个减速带,任何信号流过都会损失一部分能量,电阻的用途较为广泛例如:
电阻分压,一般用来得到电路中需要的电压,假如我们在电路中做运放的时候需要2.5V电压,而电源电压为5V,此时我们可以使用两个10K电阻对电源电压进行分压,或者在一些需要进行比较的场所,分压出所需要的电压,其计算公式为:
(R1+R2)/R2*Vcc
在这个公式里,R2为接GND端的电阻,R1为接VCC端的电阻,R1、R2的另一个引脚相连接。
电阻串联,在电路中最常用的电阻串联为三极管基极的串联,用来做限流。
电阻上拉,在电路中,如果使用单片机的P0口,则需要使用上拉电阻,则直接将电阻一端连接I/O口,另一端连接Vcc。
3.3电感
电感对与大部分同学都很少用到,主要作用是通直流阻交流,与电容一样能够储存能量,但是与电容不同的是,充电后放电的方向与电容相反,电感通常用在一些高频谐振与滤波电路中,还有DC-DC变换电路中,主要作为储能元件。
4显示器
显示器分类:
在论文中应用的显示器主要有四种,分别为:
LCD1602字符液晶、LCD12864点阵液晶可以显示汉字、LCD5110诺基亚手机显示器可以显示汉字、LED数码管。
LCD1602:
可以显示2行,每行显示16个字符,字符包括所有的ASC码,也就是大写、小写字母与数字和标点符号,点阵大小不可更改,6*7点阵字符,与单片机之间的通信方式为并口,供电电压为5V,LED背光灯与背光板作为背光灯,使用对比度调节电位器,可以调节显示的字体的对比度,内部带有控制器需要程序初始化进行配置,控制器具有光标显示与自动滚屏功能等。
LCD12864:
可以显示点阵区域为128*64个点,这些个点,字体大小与间隔可以自己定义,并且使用SPI口通信,节省单片机I/O口,但是该显示器的供电电压为3.3V,不可以超过3.6V,使用该显示器的配用的单片机都为低功耗类的单片机,内部带有控制器,需要初始化控制器来控制点阵对比度与字符显示方式与方向。
LCD5110:
●84x48
的点阵LCD,可以显示4
行汉字,
●采用串行接口与主处理器进行通信,接口信号线数量大幅度减少,包括电源和地在内的信号线仅有9
条。
支持多种串行通信协议(如AVR
单片机的SPI、MCS51
的串口模式0等),传输速率高达4Mbps,可全速写入显示数据,无等待时间。
其中LCD12864与LCD5110为任意点阵字符液晶,内部无字库,需要自己取字模来显示,而LCD1602内部具有ASC码字库,无需取字模,所以LCD1602不可以显示汉字图形,而LCD12864与LCD5110可以。
LED数码管:
数码管分为共阳极和共阴极两种,我做的设计中所有数码管都使用的共阳极数码管,也就是公共端接到高电平上。
显示电路本设计使用LED数码管作为显示器件,数码管显示器件的现实方式有两种一种为静态的现实方式,另一种为动态的显示方式,由于静态显示方式显示的硬件电路部分的设计比较繁琐,所以我们使用动态的现实方式,这样硬件部分的设计难度将会大大降低。
数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一,动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划"
a,b,c,d,e,f,g,dp"
的同名端连在一起,另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路,位选通由各自独立的I/O线控制,当单片机输出字形码时,所有数码管都接收到相同的字形码,但究竟是那个数码管会显示出字形,取决于单片机对位选通COM端电路的控制,所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开,该位就显示出字形,没有选通的数码管就不会亮。
通过分时轮流控制各个数码管的的COM端,就使各个数码管轮流受控显示,这就是动态驱动。
在轮流显示过程中,每位数码管的点亮时间为1~2ms,由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应,尽管实际上各位数码管并非同时点亮,但只要扫描的速度足够快,给人的印象就是一组稳定的显示数据,不会有闪烁感,动态显示的效果和静态显示是一样的,能够节省大量的I/O端口,而且功耗更低。
考虑使用的数码管为6位数码管显示,如果使用静态方式电路,硬件的过于复杂,且硬件的链接容易出现错误,所以我们使用动态扫描的方式,这样使用16个单片机的I/O口就可以完成全部的显示,其中8个I/O口去控制数码管的段码,4个I/O口去控制数码管的位选,由于单片机的I/O驱动能力有限,所以我们需要将I/O口接10K上拉电阻后,加入三极管作为驱动,本设计使用PNP型的三极管作为驱动,三极管的基极通过一个电阻串联到单片机的I/O口,三极管的发射机接高电平,集电极接数码管的位选端,其电路图如图2.8所示。
如图2.8所示,三极管8550为具有80倍电流放大倍数的三极管,通过将基极的电流放大,电流放大,将放大后的电流通过集电极输出,驱动数码管的位选口,本设计使用4位一体的共阳极数码管,也就是当位选口给高电平,断码口给低电平的时候,数码管相应的段将会点亮,否则熄灭,只要保证整个动态的刷新过程保证在20ms内完成,肉眼就不会感觉到数码管的闪烁感觉。
5键盘分类
5.1独立按键
5.2行列式按键
6传感器分类
传感器:
简单理解,能够使被测量量转换为电信号的一种转换器件。
本设计中使用的传感器一般都是转换为模拟量输出的,电流值或者电压值,还有一种转换为数字信号输出的传感器。
基本使用的传感器有如下几种:
1、温度传感器DS18B20,数字温度传感器三极管形状将温度转换为数字信号输出,直接与单片机的数字I/O口相连接就可以。
2、湿度传感器,湿度传感器返回的是电压信号,需要单片机端做A/D转换处理,即将模拟信号Analog
转换为数字信号Digital,转换方式两种,一个是专用AD转换芯片,例如ADC0832这种芯片将模拟量转换为数字信号通过串行接口与单片机通信;
还有一种单片机自带ADC,12系列单片机P1口自带AD转换共8路,异步转换,8个通道使用一个转换器需要分时转换。
3、光电传感器,一般都是使用反射式的TRCT5000型号传感器,该传感器由红外发射管与接收管组成,具体实现功能看论文,返回的信号为高低电平信号,即0V或者5V,信号,单片机通过数字监控即可。
4、其他类传感器,其他类传感器有多重多样,由于价格与购买不便利,一般使用电位器模拟,因为这些传感器返回的信号为变化的电压信号或者电流信号,电位器(英文:
Potentiometer)是可变电阻器的一种。
通常是由电阻体与转动或滑动系统组成,即靠一个动触点在电阻体上移动,获得部分电压输出。
只要记住它的功能是通过旋转旋钮可以输出不同的电压值,就可以。
7单片机程序烧录
1、打开烧录软件选择对应型号
89系列单片机
12系列单片机
2、选择打开程序文件
3、在程序文件夹中选择尾椎为.hex的文件如图
选择程序文件
4、选择COM口
USB转串口设备分为两种CH340或者PL2303,都需要下载对应的驱动,然后安装,安装方法XX即可,建议使用PL2303-USB转TTL设备
我的电脑右键管理->
设备管理->
端口里有我们连接好的设备端口号,在这里为COM1,
然后到下载软件里选择COM1
如果是89c52单片机选择用作P4.5
5、连接好USB转TTL设备然后用杜邦线与单片机板子相连接,对应原理图,
USB设备的GND-板子GND
USB设备的RX-板子TX
USB设备的TX-板子RX
6、单片机下载时需要重新上电,所以在点击Download/下载的时候需要先给单片机断电,然后重新上电便自动开始下载了
7、观看下载信息,如下图中会显示下载过程,成功会有提示。
注意:
使用P4.5引脚下载完程序需要给板子重新上电后,才可以正常使用。